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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2020-03-10 16:43
摘要：
目的：研究壓力變化法測(cè)試無菌檢查用隔離系統(tǒng)艙體完整性的影響因素。方法：從溫度、大氣壓、測(cè)試時(shí)間和測(cè)試壓力等關(guān)鍵因素，探討其對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。結(jié)果：各影響因素中，溫度的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，大氣壓的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較小。結(jié)論：無菌隔離系統(tǒng)的完整性測(cè)試應(yīng)妥善設(shè)計(jì)試驗(yàn)條件，在現(xiàn)有儀表?xiàng)l件的基礎(chǔ)上，合理設(shè)置測(cè)試時(shí)間和壓力，并保持測(cè)試周期內(nèi)溫度穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：隔離系統(tǒng) 壓力變化法 完整性測(cè)試 溫度 大氣壓 測(cè)試時(shí)間 測(cè)試壓力
近年來，隨著無菌隔離技術(shù)的發(fā)展，隔離系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)制藥領(lǐng)域的應(yīng)用得到快速推廣，除了生產(chǎn)以外，越來越多的用戶開始使用無菌隔離系統(tǒng)替代傳統(tǒng)潔凈室進(jìn)行藥品的無菌檢查。完整性作為隔離系統(tǒng)的關(guān)鍵性能之一，不僅能防止外界污染的侵入和滅菌劑的泄漏，還能提供穩(wěn)定的無菌檢查環(huán)境。隔離系統(tǒng)的完整性一般包括艙體完整性、高效空氣過濾器完整性和手套/袖套或半身服等介入工具的完整性。
1 測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)來源及各測(cè)試方法原理和特點(diǎn)
1.1 標(biāo)準(zhǔn)來源
隔離系統(tǒng)最早用于放射性物質(zhì)的處理（負(fù)壓隔離系統(tǒng)），密封艙體的泄漏率測(cè)試方法可溯源至ISO 10648-2:1994《密封箱室密封性分級(jí)及其檢測(cè)方法》 [1]，此標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)的主要是剛性壁負(fù)壓裝置。
衡量艙體完整性的指標(biāo)是小時(shí)泄漏率（Rh），即正常工作條件（壓力和溫度）下隔離空間每小時(shí)的氣體泄漏量Q與該隔離空間的容積V之比[1]。無菌隔離系統(tǒng)的相關(guān)法規(guī)對(duì)艙體泄漏率均沒有明確的限度，美國(guó)注射劑協(xié)會(huì)技術(shù)報(bào)告第34號(hào)（PDA TR34）建議Rh的參考值為不超過0.5%，對(duì)應(yīng)于ISO 10648-2:1994級(jí)別3的要求，但其來源是美國(guó)手套箱協(xié)會(huì)指南AGS-G001-1994，即應(yīng)用于有毒物質(zhì)使用的泄漏率要求[2-5]。ISO 10648-2:1994把Rh分為4個(gè)級(jí)別，并列舉了3種測(cè)試方法：含氧法，壓力變化法，恒壓法[1]。ISO 14644-7:2004《潔凈室及其相關(guān)受控環(huán)境》 [6]第7部分中增加了Parjo法，見表 1。
表 1 密封箱室按Rh的分級(jí)及測(cè)試方法[1, 6]
雖然這些測(cè)試方法最初都是為負(fù)壓隔離系統(tǒng)制定的，但除含氧法外，其他方法均可通過公式的變化用于正壓隔離系統(tǒng)。
1.2 各測(cè)試方法的原理和特點(diǎn)
Parjo法的原理是隔離系統(tǒng)中的壓力變化會(huì)造成檢測(cè)裝置中的皂液在Parjo管中偏移，通過記錄偏移距離計(jì)算體積變化進(jìn)而算出泄漏率。該方法靈敏度過高、操作復(fù)雜，且只適用于檢測(cè)工作壓力接近環(huán)境大氣壓的隔離系統(tǒng)的泄漏率，故不適用于無菌檢查用隔離系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的級(jí)別3的正壓密封箱室[6-7]。
ISO 14644-7:2004中無菌檢查用隔離系統(tǒng)可用以下2種方法檢測(cè)泄漏率。
恒壓法：通過測(cè)量把密封箱室內(nèi)部的負(fù)壓維持在某一恒定水平的排氣系統(tǒng)的流量來計(jì)算泄漏率。該流量除以密封箱室體積，就相當(dāng)于在該特定負(fù)壓下的Rh。當(dāng)在正壓條件下使用時(shí)，通過測(cè)量進(jìn)氣系統(tǒng)的流量，可采用同樣的計(jì)算方法[5]。
壓力變化法：該方法用于測(cè)量處于負(fù)壓的密封箱室內(nèi)單位時(shí)間的壓力增加，密封箱室處于正壓時(shí)，也可采用同樣的方法[5]。
恒壓法和壓力變化法使用的壓力傳感器和溫度計(jì)的精度要求一致，測(cè)試結(jié)果均受溫度波動(dòng)的影響。但恒壓法還需要額外配置維持恒定壓力所需的、精度要求極高的控制閥（針閥）和流量計(jì)，而控制閥需手動(dòng)控制，對(duì)操作要求高，重現(xiàn)性差，且艙體內(nèi)壓力維持的穩(wěn)定區(qū)間沒有法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。而壓力變化法的整個(gè)測(cè)試過程可通過自動(dòng)化控制的方法執(zhí)行，結(jié)果自動(dòng)記錄，是操作簡(jiǎn)便、可重復(fù)、可定量的測(cè)試，被廣泛應(yīng)用于日常監(jiān)測(cè)。故本文重點(diǎn)對(duì)該方法進(jìn)行研究[1, 5, 8-10]。
本研究覆蓋了國(guó)內(nèi)外隔離系統(tǒng)的主流類型和品牌，在參考國(guó)內(nèi)外法規(guī)的基礎(chǔ)上，調(diào)研了6家國(guó)內(nèi)藥檢所，探討了溫度、大氣壓、測(cè)試時(shí)間和測(cè)試壓力對(duì)壓力變化法測(cè)試結(jié)果的影響。
2 方法與結(jié)果
2.1 儀器與材料
PI-4PM-S單向流無菌檢查用隔離系統(tǒng)（上海東富龍愛瑞思科技有限公司）；HX93B內(nèi)置溫濕度傳感器（OMEGA）；616C-3B壓力傳感器（Dwyer）。
2.2 公式分析
原始公式：
(1)
其中，t為檢測(cè)時(shí)間（min）；Ps為測(cè)試開始時(shí)密封箱室內(nèi)的絕對(duì)壓力（環(huán)境大氣壓加表壓，Pa）；Pf為測(cè)試結(jié)束時(shí)密封箱室內(nèi)的絕對(duì)壓力（環(huán)境大氣壓加表壓，Pa）；Ts為測(cè)試開始時(shí)的溫度（K）；Tf為測(cè)試結(jié)束時(shí)的溫度（K）。該公式針對(duì)的是負(fù)壓密封箱室，通過單位時(shí)間內(nèi)壓力的增加來計(jì)算泄漏率[1]。
而無菌檢查用隔離系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的正壓密封箱室應(yīng)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)壓力的降低來計(jì)算泄漏率，故原始公式應(yīng)修正為：
(2)
2.3 起始?jí)毫蜏y(cè)試時(shí)間設(shè)定
國(guó)際制藥工程協(xié)會(huì)（ISPE）指南第3卷中提到每2分鐘記錄一次壓差和溫度，連續(xù)記錄30分鐘，測(cè)試壓力需大于無菌操作模式下的工作壓力[5]。ISO14608-2:1994測(cè)試時(shí)間為1小時(shí)，當(dāng)驗(yàn)收測(cè)試時(shí)則更為嚴(yán)格，壓力比無菌操作模式下的工作壓力大4倍左右[1]。
本研究調(diào)研了6家使用不同品牌隔離系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)藥檢所，在進(jìn)行壓力變化法測(cè)試艙體完整性時(shí)，各家藥檢所的起始表壓各不相同，從60 Pa到220 Pa不等，測(cè)試時(shí)間從1分鐘到3分鐘不等。
考慮到工作效率，每次滅菌前隔離系統(tǒng)完整性檢查的時(shí)間過長(zhǎng)并無必要，且由于艙體內(nèi)為正壓，在其他條件穩(wěn)定的情況下，隨著測(cè)試時(shí)間的增加泄漏率會(huì)越來越低。再結(jié)合調(diào)研情況，本研究選擇接近2020年版《中華人民共和國(guó)藥典》9206征求意見稿建議的工作壓力的2倍，即100 Pa作為測(cè)試起始?jí)毫?，測(cè)試時(shí)間為3分鐘[2, 5]。
2.4 溫度和大氣壓力
2.4.1 溫度因素分析
PDA TR34規(guī)定在1小時(shí)的測(cè)試期間，艙體內(nèi)部溫度波動(dòng)應(yīng)控制在±0.5 ℃內(nèi)[2]，而ISO14608- 2:1994要求控制在±0.3 ℃內(nèi)[1]。
本研究調(diào)研的6家國(guó)內(nèi)藥檢所，有的對(duì)溫度控制無要求，有的要求極為嚴(yán)格（＜0.05 ℃）。經(jīng)過對(duì)市售隔離系統(tǒng)的調(diào)研得知，幾乎所有隔離系統(tǒng)的溫度顯示精度均為0.1 ℃。
本研究對(duì)隔離系統(tǒng)進(jìn)行20次獨(dú)立的小時(shí)泄漏率測(cè)試，測(cè)試開始和結(jié)束時(shí)隔離系統(tǒng)的溫度計(jì)示值變化范圍在（-0.2~+0.3）℃之間，見圖 1。
圖 1 小時(shí)泄露率測(cè)試前后溫度計(jì)示值變化
假設(shè)環(huán)境大氣壓在測(cè)試前后沒有變化，Ps=101000+100.0=101100.0（Pa），Pf=101000+81.2=101081.2（Pa），Ts=273+25.5=298.5 K；當(dāng)Tf升高0.1 ℃、不變、降低0.1℃時(shí)的泄漏率測(cè)試結(jié)果如表 2。可以看到，溫度波動(dòng)在±0.1℃時(shí)，小時(shí)泄漏率的波動(dòng)達(dá)到±0.67%，僅因溫度波動(dòng)0.1℃所造成的小時(shí)泄漏率值的波動(dòng)就已經(jīng)超過PDA TR34建議的0.5%的限度標(biāo)準(zhǔn)。
表 2 溫度變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響
20次小時(shí)泄漏率的實(shí)測(cè)結(jié)果也顯示，若不考慮溫度變化的影響，所有結(jié)果均通過0.5%的限度標(biāo)準(zhǔn)，若考慮溫度變化，則有40%的結(jié)果不通過。見圖 2。
圖 2 小時(shí)泄漏率測(cè)試結(jié)果
ISO 14644-7:2004[6]提到容積不變的前提下，溫度每變化1K，相當(dāng)于壓力變化334 Pa。John Neiger等[8]的研究結(jié)果表明，1級(jí)隔離系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，溫度每升高0.01 ℃，相當(dāng)于結(jié)束壓力結(jié)果減去3.5 Pa；反之，溫度每減少0.01 ℃，相當(dāng)于結(jié)束壓力結(jié)果加上3.5 Pa。以上結(jié)果均表明，在測(cè)試過程中溫度的變化需要被精確測(cè)量，而實(shí)際上，隔離系統(tǒng)常用的溫濕度傳感器對(duì)溫度的實(shí)際測(cè)量精度最高為±0.2 ℃，均明顯差于顯示精度，見表 3。
表 3 溫濕度傳感器溫度測(cè)量精度
隔離系統(tǒng)常用的鉑熱電阻溫度傳感器Pt 100的允差等級(jí)為A級(jí)或B級(jí)，即使是最高精度的AA級(jí)溫度傳感器也只能達(dá)到±0.1℃的允差值。
綜上所述，考慮到非1級(jí)的隔離系統(tǒng)沒有必要追求0.1 ℃的溫度變化，且系統(tǒng)自帶的溫度傳感器實(shí)際也無法達(dá)到此精度，故在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以在環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定的情況下不考慮溫度變化[8, 10]。
2.4.2 大氣壓力因素分析
調(diào)研的6家藥檢所均使用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓替代實(shí)際的環(huán)境大氣壓，再加上表壓進(jìn)行計(jì)算。公式2中的絕對(duì)壓力P為環(huán)境大氣壓+表壓，而環(huán)境大氣壓會(huì)隨著地勢(shì)高低、地理緯度等因素變化。
由于隔離系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)固定，故一般只需考慮大氣壓的日變化。一天當(dāng)中，由于溫濕度的變化和大氣運(yùn)動(dòng)，大氣壓在上午9~10時(shí)最高，下午15~16時(shí)最低，間隔約6小時(shí)，我國(guó)氣壓全日分波振幅平均86 Pa[11-12]。若以6小時(shí)環(huán)境大氣壓變化100 Pa計(jì)算，在本研究3分鐘的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，環(huán)境大氣壓的平均變化也僅約為0.83 Pa。因此，可以認(rèn)為環(huán)境大氣壓的變化對(duì)泄漏率測(cè)試結(jié)果的影響可以忽略不計(jì)。壓力變化法計(jì)算公式中可直接采用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓進(jìn)行計(jì)算[10]。在一些特殊地區(qū)（例如高海拔地區(qū)）安裝的隔離系統(tǒng)，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐钠骄髿鈮涸O(shè)置計(jì)算公式中的環(huán)境大氣壓值。
3 討論
壓力變化法作為一種常用的隔離系統(tǒng)完整性測(cè)試方法，已經(jīng)被廣泛用于滅菌開始前的常規(guī)測(cè)試，然而溫度、大氣壓力、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試壓力等因素都會(huì)影響測(cè)試的結(jié)果。
3.1 起始?jí)毫蜁r(shí)間
合理的起始測(cè)試壓力和測(cè)試時(shí)間的設(shè)定有利于測(cè)試的科學(xué)性。測(cè)試壓力過高可能會(huì)對(duì)隔離系統(tǒng)內(nèi)部的儀表造成損傷，一般建議的范圍為操作壓力的1.5~5倍；測(cè)試時(shí)間過短無法看出壓力衰減趨勢(shì)，過長(zhǎng)則容易受到外部環(huán)境的影響且影響工作效率，一般建議測(cè)試時(shí)間在1~30分鐘。對(duì)于限度標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)法規(guī)內(nèi)容不作每小時(shí)0.5%的硬性規(guī)定，只要符合設(shè)計(jì)要求即可[7]。
3.2 溫度的影響
所有泄漏測(cè)試方法都受到隔離系統(tǒng)內(nèi)部溫度變化和測(cè)試期間大氣壓力變化的影響。溫度的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響較大，0.1 ℃的溫度波動(dòng)即可對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。如果測(cè)試過程維持時(shí)間過長(zhǎng)，在此期間溫度可能有較大變化，作為非1級(jí)密封箱室的檢查用無菌隔離系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可選擇較短時(shí)間的壓力變化法作測(cè)試。在短時(shí)間測(cè)試過程中，應(yīng)盡量保證房間溫度、氣壓狀態(tài)穩(wěn)定，不要有劇烈的變化，比如空調(diào)啟動(dòng)、陽(yáng)光直射、開關(guān)房間門等。一般在系統(tǒng)無高熱源的情況下，艙體內(nèi)部溫度不會(huì)有明顯變化。在做好以上保證措施的前提下，計(jì)算公式中可不考慮溫度變化，以防止傳感器示數(shù)跳動(dòng)導(dǎo)致的錯(cuò)誤泄漏測(cè)試結(jié)果[8, 10]。
3.3 大氣壓力的影響
大氣壓力的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響較小，安裝在固定地點(diǎn)的隔離系統(tǒng)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐钠骄髿鈮涸O(shè)置計(jì)算公式中的環(huán)境大氣壓值，在測(cè)試時(shí)間段內(nèi)環(huán)境大氣壓的變化可以忽略不計(jì)[7-8]。
3.4 其他注意事項(xiàng)
隔離系統(tǒng)的手套/袖套是柔性材質(zhì)，在測(cè)試時(shí)可能會(huì)對(duì)艙體內(nèi)的壓力有一定的補(bǔ)償作用。因此，在測(cè)試開始前，應(yīng)使用專用支架將其固定在一個(gè)穩(wěn)定的位置，并在測(cè)試時(shí)避免觸碰[7]。
艙體完整性對(duì)于維持無菌隔離系統(tǒng)的無菌屏障和降低滅菌劑泄漏風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義，是日常應(yīng)用中必須測(cè)試的項(xiàng)目。用戶在選擇方法和限度時(shí)應(yīng)綜合考慮其合理性、可操作性以及風(fēng)險(xiǎn)的可控性。
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